Скорость ветра определяется по шкале. Бури, шквалы, ураганы их характеристика, поражающие факторы
Во многих регионах планеты продолжается невыносимая аномальная жара. Устанавливаются новые температурные рекорды. Лесные пожары захватывают территории, до которых не добирались ранее. По прогнозам учёных, в течение следующих 5 лет на планете будет наблюдаться повышенная температура воздуха, а в океане подобная тенденция может продлиться ещё больше. Как влияет глобальное потепление на Большой Барьерный риф?
Жара! Какие причины? Аномальная погода! Что сейчас происходит на Земле? Учёные отмечают, что климатические события на планете цикличны и повторяются, по разным источникам, каждые 9-13 000 лет.
Климатологи уже не успевают прогнозировать погоду из-за большого количества аномалий.
Волны Россби. Их существенное влияние на климат планеты. Почему волны Россби последние годы изменяются? Мнение учёных. Смотрите в передаче «Климат контроль. Выпуск 107» на АЛЛАТРА ТВ.
Во многих регионах планеты продолжается невыносимая жара. Ставятся новые температурные рекорды. Лесные пожары захватывают территории, до которых не добирались ранее. В то же время в других областях Земли под водой оказываются целые города и районы, а крупный град перемалывает посевы на полях.
По прогнозам климатологов Флориан Севелле из университета Бреста, Франция, и Сибрен Дрижфхоут из Метеорологического института Нидерландов, в течение следующих 5 лет на планете будет наблюдаться повышенная температура воздуха, а в океане подобная тенденция может продлиться ещё больше. Это показал результат моделирования с использованием новой методики просчёта климатических колебаний.
Одним из последствий глобального потепления считаются так называемые «экстремальные погодные явления» — периоды аномальной жары зимой или холода летом, волны жары, недельные проливные дожди, засухи и прочие феномены, связанные с нехарактерной погодой. Одни из самых ярких примеров подобных явлений — летняя жара в России в 2010 году или потоп в Крымске в 2012 году, о котором мы говорили в прошлом выпуске Климат-контроля.
Одна из причин установившейся аномальной жары — крупные воздушные потоки, дующие с запада на восток на высоте от 8 до 11 км над землёй, так называемые Джет Стримы (англ. Jet Stream) или высотные струйные течения.
Как рассказал британскому изданию "The Guardian" старший преподаватель Университета Бристоля Дэнн Митчел, в 2018 году эти течения крайне ослабли, поэтому области высокого давления долго задерживаются на одном месте.
Эксперты отмечают, что антициклон (область высокого давления) над северной Европой блокирует движение воздушных масс и это оказывает значительное влияние на погоду.
Эти атмосферные изменения привели к повышению температуры морской поверхности в Северной Атлантике. Аномальный прогрев вод Мирового океана в 2018 году стал причиной остановки одного из реакторов на крупнейшей АЭС Швеции «Рингхальс». Остановка была вызвана экстремальным увеличением температуры Балтийского моря, так как вода, прогревшаяся до 25 ℃, не способна в должной мере охлаждать реакторы.
А у берегов Флориды в США наблюдается самое масштабное за последнее десятилетие цветение водорослей. Цветение фитопланктона, придающее воде красный цвет, стимулируется высокой температурой воды и приводит к уменьшению количества кислорода в воде. Это явление, называемое «Красным приливом», вызывает массовую гибель живых организмов от удушья. В этом году из-за кислородного голодания рыба умирает в таком количестве, что сплошным ковром покрывает прибрежные территории. Вслед за «Красным приливом» на побережье Флориды в этом году последовало цветение цианобактерий, которые производят токсины, негативно влияющие на людей и животных, вплоть до отравлений, удуший и серьёзных аллергических последствий. Это ещё более усугубило катастрофу как для фауны Мексиканского залива, так и для купавшихся там людей. Интересно, что подобное цветение цианобактерий наблюдается и в Балтийском море.
И ещё одно катастрофическое последствие повышения температуры уже несколько лет наблюдается в Австралии. В результате нагрева океана стремительно разрушается Большой Барьерный риф. Специалисты сообщают, что примерно за 2 года умерло около половины рифа. Точка невозврата пройдена, и остановить процесс разрушения уже невозможно. По прогнозам учёных, к 2030 году будет разрушено 60% всех рифов на планете, а к 2050 их не останется вовсе. Рифы чувствительны к температуре воды и с её повышением начинают обесцвечиваться и разрушаться. А ведь рифы — это важный компонент экосистемы океанов, с ними связан жизненный цикл 25% рыб. Помимо этого, рифы защищают береговую линию от морских волн и предотвращают эрозию почвы. Исчезновение рифов приведёт к неизбежным изменениям всей океанической экосистемы.
Экстремальные погодные и климатические явления, такие как засуха, сильный дождь и тепловые волны, являются естественной частью климатической системы Земли. Таким образом, в случае стабильности климата при экстремальных температурных показателях, которые имеют место в определённый период времени, биосфера не будет страдать, так как успеет акклиматизироваться к относительно небольшим отклонениям климатической обстановки. Однако по мере изменения всего климата на планете, эти крайности температур могут уходить далеко за пределы уже привычных экстремумов. Это приводит, прежде всего, к уязвимости человеческого общества перед лицом погодных и климатических явлений. Согласно IV оценочному докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата, некоторые погодные и климатические явления участятся в течение XXI века.
Мы можем наблюдать учащение этих явлений уже сейчас. Например, на основе предварительного анализа, средняя годовая температура 2017 года для США составила 54,6 °F, что на 2,6 градуса выше среднего значения ХХ века. Это был 3-ий самый тёплый год с 1895 года после 2012 года (55,3 °F) и 2016 года (54,9 °F), и 21-й подряд год, более тёплый, чем средний для США (с 1997 по 2017 год).
Индекс климатических экстремумов США на 2017 год был более чем в 2 раза выше среднего и занял второе место в ежегодном исследовании USCEI за 108-летнюю историю.
А на этом графике показана статистика ежегодных аномалий глобальной температуры поверхности суши и океана с 1880 по 2017 год, основанная на температурном отклонении от среднего значения ХХ века. В 2017 году температура поверхности суши и океана была примерно на 0,84 ℃ выше среднего значения.
Учёные предупреждают, что вследствие изменения климата участятся и станут сильнее краткосрочные периоды жары, а одной из основных причин этого изменения называют глобальное потепление. Но что скрывается за этой размытой и привычной формулировкой? Что является причиной самого глобального потепления? В этом выпуске мы рассмотрим явление, которое вносит значительный вклад в формирование планетарного климата. Речь пойдёт о волнах Россби.
В 2013 году израильские учёные показали, что температура и ветер на планете не являются хаотическими, а перемещаются согласно волнам Россби. Это говорит о том, что волны Россби являются одним из ключевых факторов формирования климата. Это волны очень большой длины, которые простираются на сотни и даже тысячи километров. В атмосфере они формируются из-за разницы температур между приполярными и тропическими широтами под действием силы Кориолиса. Одно из проявлений волн Россби в атмосфере — это формирование циклонов и антициклонов.
Циклоны — это области низкого давления, которые приносят ветра, грозы и ливни. Антициклоны — области высокого давления, которые устанавливают ясную, малооблачную погоду, жару или мороз в зависимости от сезона.
Характеристики волн Россби зависят от многих факторов. Как было сказано ранее, они формируются из-за разницы температур между тропиками и полярной зоной. Ледники тают всё быстрее и их площадь всё меньше, а это приводит к ещё большему поглощению солнечного тепла. Температура в полярных широтах повышается быстрее, чем на экваторе. Соответственно, изменяются волны Россби.
Волны Россби существуют, потому что есть сила Кориолиса, которая действует на все тела, движущиеся по вращающемуся объекту, в нашем случае, по Земле. Например, воздушные потоки немного отклоняются в северном полушарии вправо, а в южном — влево. Для малых скоростей это отклонение незаметно, но чем выше скорость, тем значительнее проявляется отклонение.
Сила Кориолиса задаёт волнам Россби западное направление. Сама сила Кориолиса зависит от скорости вращения Земли вокруг своей оси. Многочисленные исследования, в том числе групп из Даремского университета, подтверждают снижение скорости вращения Земли. Это изменяет значение силы Кориолиса, следовательно, меняются волны Россби. Возможно, наблюдаемое в последнее время смещение зон засухи и дождей связано именно с замедлением скорости вращение планеты.
Помимо атмосферы, волны Россби повсеместно наблюдаются в океане. Они играют ключевую роль в формировании всех крупных морских течений, таких как Гольфстрим, Куроси́о, Течение Западных Ветров, а также таких явлений как Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Если обобщить, то волны Россби оказывают колоссальное влияние на климат планеты и зависят от температуры атмосферы и силы Кориолиса, которые в последнее время меняются из-за объективных процессов планетарного и астрономического масштаба.
Изменения климата замечают в разных сферах научной деятельности, не только в климатологии и метеорологии, но и в океанологии, астрофизике, геофизике. Учёные отмечают, что климатические события на планете цикличны и повторяются, по разным источникам, каждые 9-13 000 лет. Находят всё больше подтверждений, что наша планета неоднократно подвергалась глобальным климатическим изменениям.
В чём же причина такой закономерности? Почему история повторяется? Причины и следствия. Как нам можно выйти из сложившейся ситуации?
Полканов Юрий Алексеевич (Физик. Структура сигнала, шумоподобная структура, самоорганизующаяся система, её устойчивость и реорганизация, алгоритмы дистанционного зондирования. Белорусский государственный медицинский университет, кафедра медицинской и биологической физики, руководитель лаборатории): В атмосфере из-за слоистой стратифицированной структуры есть практически волны всегда. Если более-менее устойчивая атмосфера, процессы происходят аналогичные, как на поверхности, допустим, океана, то есть всегда какие-то волны существуют. Вопрос в том, что волны Россби там очень большие, соединимы с планетарными масштабами. Но тут целая градация и пирамида волн есть, которые взаимодействуют друг с другом, и волны Россби — это как бы вершина айсберга. Две недели в Мурманске больше 30 ℃. И это в условиях, когда ночи нету, грубо говоря. Это ясно, что тут уже пошли какие-то воздействия, связанные с человеческой деятельностью, но вместе с тем нельзя отрицать, что есть какие-то природные циклы. Они влияют на общую ситуацию, и нами оцениваются как какие-то катастрофические. Но это было около 10 000 лет назад. Просто пришёл цикл, как тот, который мы опять не знаем. Но эти подсказки были в древней Индии, например. Эпос говорит о том, что что-то такое было похожее, включая даже ядерные войны. Последствия отслеживаются. То есть я думаю, что да, это не первые факты. Информация есть, но она в летописях. С точки зрения метеоролога или вулканолога, летописи — это не информация, и они там не интересуются, не смотрят. А в том-то и дело, что вот эта цепочка тех поколений, которые эту информацию фиксировало, тоже надо отслеживать. Вопрос, если мы случайно не задаём этих вопросов, ну значит, тогда всё повторится, как было в эпоху. Там кончилось и нехорошо, и мы опять натыкаемся на те же грабли».
Фрагмент передачи «От атеиста к святости»
Игорь Михайлович Данилов: Есть тот, кто представляет Мир Духовный. И когда всё заходит за грань, то… и уже нельзя повернуть, когда люди глухи и слепы, естественно, что их смывает.
Полканов Юрий Алексеевич: Человек над собой должен работать. Если он над собой будет работать и приведёт в порядок свои внутренние дела, ему станет понятно, что происходи снаружи. Это единый процесс, нельзя это разделить. Просто это ещё раз говорит о том, что катастрофы будут и дальше, если человек не разберётся сам с собой. Разберётся сам с собой и ему станет понятно, что, так сказать, происходит и почему. Все эти идеи Big Data, искусственный интеллект — это какая-то база, которая позволит вот это всё отследить по определённым алгоритмам и получить какие-то выводы, которые уже на таком большом формате человек проанализирует и поймёт на уровне не логики даже, а чувства и ощущения, то это шанс нам. Нам шанс. Имеющий уши, да услышит.
Фрагмент передачи «Се грядёт. It is coming »
Игорь Михайлович Данилов: В действительности очень многие люди, они чувствуют, что происходит с климатом, чувствуют, что происходит с миром в целом. И они чувствуют ту потребность, которая в действительности на сегодняшний день очень сильно назрела в духовном становлении, в духовном развитии. Из того, что им рассказывают, они не находят ответа на свои внутренние вопросы. И вот люди пытаются сами разобраться. И вот когда они начинают находить, естественно, все преграды рушатся. Это правда.
Анна Дубровская: Да, действительно, понимание…
Игорь Михайлович Данилов: Это мы сейчас видим. И это не может не радовать, хотя бы потому, что это даёт шанс.
Прогнозы о том, как будет меняться наш климат, зачастую противоречат друг другу. Что нас ждёт: глобальное потепление или новый ледниковый период? Исследователи из предполагают, что и то, и другое, только разных масштабов и в разное время.
"Современный климат и природная среда окончательно сформировались в четвертичный период — этап геологической истории Земли, который начался 2,58 миллиона лет назад и продолжается по сей день. Этот период характеризуется чередованием ледниковых и межледниковых эпох. В определённые его этапы происходили мощные оледенения. Сейчас мы живем в тёплую межледниковую эпоху, которая называется голоценом ", — рассказывает заведующий лабораторией геологии кайнозоя, палеоклиматологии и минералогических индикаторов климата ИГМ СО РАН доктор геолого-минералогических наук, профессор НГУ Владимир Зыкин .
Когда появились первые более или менее достоверные данные о климате четвертичного периода, считалось: межледниковые эпохи продолжаются всего десять тысяч лет. Эпоха голоцена, в которой мы живём, началась приблизительно десять тысяч лет назад, поэтому многие исследователи в конце прошлого века начали говорить о приближении глобального оледенения.
Однако их выводы были поспешными. Дело в том, что чередование крупных ледниковых и межледниковых эпох объясняется орбитальной теорией, разработанной сербским исследователем Милутином Миланковичем в 1920-х годах. Согласно ей, эти процессы связаны с изменением орбиты Земли при движении вокруг Солнца. Учёный рассчитал изменения орбитальных элементов и сделал приблизительный "график оледенений" в четвертичном периоде. Последователи Миланковича высчитали, что продолжительность голоцена должна составлять около 40 тысяч лет. То есть ещё 30 тысяч лет человечество может спать спокойно.
Впрочем, авторы работы не уверены, что в этих изменениях виновны исключительно люди. Дело в том, что значительные изменения количества СО 2 в атмосфере наблюдались и в те эпохи, когда не то что антропогенного воздействия, но и людей-то на Земле не существовало. Более того, согласно сравнительным графикам, рост температуры на 800 лет опережает повышение концентрации углекислого газа.
Увеличение СО 2 , по-видимому, связано с повышением температуры воды в Мировом океане, что приводит к освобождению углекислого газа из воды и метана из донных осадков. То есть, по-видимому, речь идёт и о естественных причинах. Поэтому специалисты призывают более внимательно исследовать это направление и не "упрощать" подход к пониманию происходящих глобальных изменений, обвиняя в них исключительно людей.
"Отношение человечества к проблемам изменения климата хорошо отражает картина Питера Брейгеля старшего "Слепые", на которой шесть незрячих идут вдоль обрыва", — заключает профессор Зыкин.
Введение
Вопрос об изменениях климата привлекал внимание многих исследователей, работы которых были посвящены главным образом сбору и изучению данных о климатических условиях различных эпох. Исследования этого направления содержат обширные материалы о климатах прошлого.
Меньше результатов было получено при изучении причин изменений климата, хотя эти причины уже давно интересовали специалистов, работающих в данной области. Из-за отсутствия точной теории климата и недостатка, необходимых для этой цели материалов специальных наблюдений при выяснении причин изменений климата возникли большие трудности, не преодоленные до последнего времени. Сейчас не существует общепринятого мнения о причинах изменений и колебаний климата, как для современной эпохи, так и для геологического прошлого.
Между тем вопрос о механизме изменений климата приобретает в настоящее время большое практическое значение, которое он еще недавно не имел. Установлено, что хозяйственная деятельность человека начала оказывать влияние глобальные климатические условия, причем это влияние быстро возрастает. Поэтому возникает необходимость в разработке методов прогноза изменений климата для того, чтобы предотвратить опасное для человека ухудшение природных условий.
Очевидно, что такие прогнозы нельзя обосновать только эмпирическими материалами об изменениях климата в прошлом. Эти материалы могут быть использованы для оценки климатических условий будущего путем экстраполяции наблюдаемых сейчас изменений климата. Но этот метод прогноза пригоден лишь для очень ограниченных интервалов времени из-за нестабильности факторов, влияющих на климат.
Для разработки надежного метода прогноза климата будущего в условиях возрастающего влияния хозяйственной деятельности человека на атмосферные процессы необходимо использование физической теории изменений климата. Между тем, имеющиеся численные модели метеорологического режима являются приближенными и их обоснования содержат существенные ограничения.
Очевидно, что эмпирические материалы об изменениях климата имеют очень большое значение, как для построения, так и для проверки приближенных теорий изменений климата. Аналогичное положение имеет место в изучении последствий воздействий на глобальный климат, осуществление которых, по-видимому, возможно в ближайшем будущем.
Целью настоящей работы является анализ климатов прошлого, современного и будущего, а также проблем регулирования климата.
Для выполнения поставленной цели нами сформулированы следующие задачи:
Изучить по литературным источникам климаты прошлых эпох;
Ознакомиться с методами изучения и оценки современного климата и климата будущего;
Рассмотреть прогнозы и перспективы климата в будущем и проблемы его регулирования.
Материалами для выполнения работы послужили монографии и другие публикации современных отечественных и зарубежных ученых по данной проблеме.
Климаты прошлого
Четвертичный период
Характерной чертой последнего (четвертичного) геологического периода была большая изменчивость климатических условий, в особенности в умеренных и высоких широтах. Природные условия этого времени изучены гораздо подробнее по сравнению с более ранними периодами, но, несмотря на наличие многих выдающихся достижений в изучении плейстоцена, ряд важных закономерностей природных процессов этого времени известен еще недостаточно. К их числу относится, в частности, датировка эпох похолоданий, с которыми связаны разрастания ледяных покровов на суше и океанах. В связи с этим оказывается неясным вопрос об общей длительности плейстоцена, характерной чертой которого было развитие крупных оледенений.
Существенное значение для разработки абсолютной хронологии четвертичного периода имеют методы изотопного анализа, к числу которых относятся радиоуглеродный и калиево-аргонный методы. Первый из указанных методов дает более или менее надежные результаты только для последних 40-50 тыс. лет, то есть для заключительной фазы четвертичного периода. Второй метод применим для гораздо более продолжительных интервалов времени. Однако точности результатов его использования заметно меньше, чем радиоуглеродного метода.
Плейстоцену предшествовал длительный процесс похолодания, особенно заметный в умеренных и высоких широтах. Этот процесс ускорился в последнем отделе третичного периода - плиоцене, когда, по-видимому, возникли первые ледяные покровы в полярных зонах северного и южного полушарий.
Из палеографических данных следует, что время образования оледенений в Антарктиде и Арктике составляет не менее нескольких млн. лет. Площадь этих ледяных покровов вначале была сравнительно невелика, однако постепенно возникла тенденция к их распространению в более низкие широты с последующим отсутствием. Время начала систематических колебаний границ ледяных покровов по ряду причин определить трудно. Обычно считают, что перемещения границы льдов начались около 700 тыс. лет тому назад.
Наряду с этим к эпохе активного развития крупных оледенений часто добавляют более длительный интервал времени – эоплейстоцен, в результате чего длительность плейстоцена возрастает до 1,8 – 2 млн. лет.
Общее число оледенений, по-видимому, было довольно значительным, поскольку установленные еще в прошлом веке главные ледниковые эпохи оказались состоящими из ряда более теплых и холодных интервалов времени, причем последние интервалы можно рассматривать как самостоятельные ледниковые эпохи.
Масштабы оледенений различных ледниковых эпох значительно отличались. При этом заслуживает внимания мнение ряда исследователей, что эти масштабы имели тенденцию к возрастанию, то есть что оледенение в конце плейстоцена были крупнее первых четвертичных оледенений.
Лучше всего изучено последнее оледенение, которое происходило несколько десятков тыс. лет назад. В эту эпоху заметно возросла засушливость климата.
Возможно, это объяснялось разным уменьшением испарения с поверхности океанов из-за распространения морских льдов в более низкие широты. В результате понижалась интенсивность влагооборота, и уменьшалось количество осадков на суше, на которые влияло увеличение площади материков вследствие изъятия воды из океанов, израсходованной при образовании материкового, ледяного покрова. Не подлежит сомнению, что в эпоху последнего оледенения произошло громадное расширение зоны вечной мерзлоты. Это оледенение закончилось 10 – 15 тыс. лет тому назад, что обычно считают концом плейстоцена и началом голоцена – эпохи, в течение которой на природные условия начала оказывать влияние деятельность человека.
Причины изменений климата
Своеобразные климатические условия четвертичного времени, по-видимому, возникли из-за содержания углекислого газа в атмосфере и в результате процесса перемещения континентов и подъема их уровня, что привело к частичной изоляции Северного полярного океана и размещению антарктического материка в полярной зоне южного полушария.
Четвертичному периоду предшествовала обусловленная изменениями поверхности Земли длительная эволюция климата в сторону усиления термической зональности, что выражалось в снижении температуры воздуха в умеренных и высоких широтах. В плиоцене на климатические условия начало оказывать влияние уменьшения концентрации атмосферной углекислоты, что привело к снижению средней глобальной температуры воздуха на 2 – 3 градуса (в высоких широтах на 3 – 5). После чего появились полярные, ледяные покровы, развитие которых привело к снижению средней глобальной температуры.
По-видимому, по сравнению с изменениями астрономических факторов, все другие причины оказывали меньшее влияние на колебания климата в четвертичное время.
Дочетвертичное время
По мере отдаления от нашего времени количество сведений о климатических условиях прошлого уменьшается, а трудности интерпритации этих сведений возрастают. Наиболее надежную информацию о климатах отдаленного прошлого мы имеем из данных о непрерывном существовании на нашей планете живых организмов. Мало вероятно, чтобы они существовали вне пределов узкого интервала температуры, от 0 до 50 градусов С, который в наше время ограничивает активную жизнедеятельность большинства животных и растений. На этом основании можно думать, что температура поверхности Земли, нижнего слоя воздуха и верхнего слоя водоемов не выходила из указанных пределов. Фактические колебания средней температуры поверхности Земли за длительные интервалы времени были меньше указанного интервала температур и не превосходили нескольких градусов за десятки млн. лет.
Из этого можно сделать вывод о трудности исследования изменений термического режима Земли в прошлом по эмпирическим данным, так как погрешности определения температуры, как методом анализа изотопного состава, так и другими известными сейчас методами составляют обычно не меньше нескольких градусов.
Другая трудность изучения климатов прошлого обусловлена неясностью положения различных областей по отношению к полюсам в результате движения континентов и возможностью перемещения полюсов.
Климатические условия мезозойской эры и третичного периода характеризировались двумя основными закономерностями:
На протяжении этого времени средняя температура воздуха у земной поверхности была значительно выше современной, в особенности в высоких широтах. В соответствии с этим разность температур воздуха между экватором и полюсами была гораздо меньше современной;
В течение большей части рассматриваемого времени преобладала тенденция к снижению температуры воздуха, в особенности в высоких широтах.
Эти закономерности объясняются изменением содержания углекислого газа в атмосфере и изменением положения континентов. Более высокая концентрация углекислого газа обеспечивала повышение средней температуры воздуха примерно на 5 градусов по сравнению с современными условиями. Низкий уровень континентов повышал интенсивность меридионального теплообмена в океанах, что увеличивало температуру воздуха в умеренных и высоких широтах.
Ветер представляет собой движение воздуха в горизонтальном направлении вдоль земной поверхности. В какую сторону он дует, зависит от распределения зон давления в атмосфере планеты. В статье рассматриваются вопросы, связанные со скоростью и направлением ветра.
Пожалуй, редким явлением в природе будет абсолютно тихая погода, поскольку постоянно можно ощущать, что дует легкий ветерок. С древних времен человечество интересовало направления движения воздуха, поэтому был изобретен так называемый флюгер или ветреник. Прибор представляет собой стрелку, свободно вращающуюся на вертикальной оси под воздействием силы ветра. Она указывает его направление. Если определить точку на горизонте, откуда дует ветер, тогда линия, проведенная между этой точкой и наблюдателем, покажет направление движения воздуха.
Чтобы наблюдатель мог передать другим людям информацию о ветре, используют такие понятия, как север, юг, восток, запад и различные их комбинации. Поскольку совокупность всех направлений образует окружность, то словесная формулировка также дублируется соответствующим значением в градусах. Например, северный ветер означает 0 o (синяя стрелка компаса показывает точно на север).
Понятие о розе ветров
Говоря о направлении и скорости движения воздушных масс, следует сказать несколько слов о розе ветров. Она представляет собой круг, на котором изображены линии, показывающие, как движутся потоки воздуха. Первые упоминания об этом символе обнаружены в книгах латинского философа Плиния Старшего.
Весь круг, отражающий возможные горизонтальные направления поступательного движения воздуха, на розе ветров разделен на 32 части. Основными из них являются север (0 o или 360 o), юг (180 o), восток (90 o) и запад (270 o). Полученные четыре доли круга делятся далее, образуя северо-запад (315 o), северо-восток (45 o), юго-запад (225 o) и юго-восток (135 o). Полученные 8 частей круга снова делятся каждая пополам, что образует дополнительные линии на розе ветров. Поскольку в итоге получается 32 линии, то угловое расстояние между ними оказывается равным 11,25 o (360 o /32).
Отметим, что отличительной особенностью розы ветров является изображение геральдической лилии, расположенной над значком севера (N).
Откуда дует ветер?
Горизонтальные перемещения больших воздушных масс всегда осуществляются из областей высокого давления в зоны с меньшей плотностью воздуха. При этом ответить на вопрос, какая скорость ветра, можно, изучив расположение на географической карте изобар, то есть широких линий, в пределах которых давление воздуха является неизменным. Скорость и направление перемещения воздушных масс определяется двумя основными факторами:
- Ветер всегда дует из областей, где стоит антициклон, в области, которые покрывает циклон. Понять это можно, если вспомнить, что в первом случае идет речь о зонах повышенного давления, а во втором случае - пониженного.
- Скорость ветра находится в прямой пропорциональности от расстояния, которое разделяет две соседние изобары. Действительно, чем больше это расстояние, тем слабее будет ощущаться перепад давления (в математике говорят градиент), а значит, поступательное движение воздуха будет более медленным, чем в случае малых расстояний между изобарами и больших градиентов давления.
Факторы, влияющие на скорость ветра
Один из них и самый главный уже был озвучен выше - это градиент давления между соседними воздушными массами.
Помимо этого средняя скорость ветра зависит от рельефа поверхности, над которой он дует. Любые неровности этой поверхности значительно сдерживают поступательное движение масс воздуха. Например, каждый, кто хотя бы один раз был в горах, должен был заметить, что у подножия ветра слабые. Чем выше забираться по склону горы, тем сильнее ощущается ветер.
По той же причине ветра сильнее дуют над морской гладью, чем над сушей. Она часто изъедена оврагами, покрыта лесами, холмами и горными цепями. Все эти неоднородности, которых нет над морями и океанами, замедляют любые порывы ветра.
Высоко над поверхностью земли (порядка нескольких километров) нет никаких препятствий для горизонтального перемещения воздуха, поэтому скорость ветра в верхних слоях тропосферы является большой.
Еще один фактор, который важно учитывать при разговоре о скоростях перемещения масс воздуха, это сила Кориолиса. Порождается она за счет вращения нашей планеты, а поскольку атмосфера обладает инерционными свойствами, то любые перемещения в ней воздуха испытывают отклонение. Ввиду того, что Земля вращается с запада на восток вокруг собственной оси, то действие Кориолисовой силы приводит к отклонению ветра вправо в северном полушарии, и влево в южном.
Любопытно, но указанный эффект Кориолисовой силы, который является незначительным в низких широтах (тропики), оказывает сильное влияние на климат этих зон. Дело в том, что замедление скорости ветра в тропиках и на экваторе, компенсируется усилением восходящих потоков. Последние же, в свою очередь, приводят к интенсивному образованию кучевых облаков, являющихся источниками сильных тропических ливней.
Прибор для измерения скорости ветра
Им является анемометр, который представляет собой три чашечки, расположенные под углом 120 o относительно друг друга, и закрепленные на вертикальной оси. Принцип действия анемометра достаточно прост. Когда ветер дует, то чашечки испытывают на себе его давление и начинают вращаться на оси. Чем сильнее давление воздуха, тем быстрее они вращаются. Измерив скорость этого вращения, можно точно определить скорость ветра в м/c (метрах в секунду). Современные анемометры снабжены специальными электрическими системами, которые самостоятельно вычисляют измеряемую величину.
Прибор скорости ветра на основе вращения чашечек не является единственным. Существует еще один простой инструмент, который называется трубкой Пито. Этот прибор измеряет динамическое и статическое давление ветра, по разности которых можно точно вычислить его скорость.
Шкала Бофорта
Информация о скорости ветра, выраженная в метрах в секунду или километрах в час, для большинства людей - и особенно для моряков - мало о чем говорит. Поэтому в XIX веке английский адмирал Фрэнсис Бофорт предложил для оценки использовать некоторую эмпирическую шкалу, которая состоит из 12-бальной системы.
Чем выше балл по шкале Бофорта, тем сильнее дует ветер. Например:
- Цифра 0 соответствует абсолютному штилю. При нем ветер дует со скоростью, не превышающей 1 мили в час, то есть менее 2 км/ч (менее 1 м/с).
- Середина шкалы (цифра 6) соответствует сильному бризу, скорость которого достигает 40-50 км/ч (11-14 м/с). Такой ветер способен поднимать большие волны на море.
- Максимум по шкале Бофорта (12) - это ураган, скорость которого превышает 120 км/ч (более 30 м/с).
Основные ветра на планете Земля
Их в атмосфере нашей планеты принято относить к одному из четырех типов:
- Глобальные. Образуются в результате различной способности континентов и океанов нагреваться от солнечных лучей.
- Сезонные. Эти ветра изменяются в зависимости сезона года, который определяет, какое количество солнечной энергии получает определенная зона планеты.
- Локальные. Они связаны с особенностями географического положения и рельефа рассматриваемой местности.
- Вращающиеся. Это самые сильные движения воздушных масс, которые приводят к образованию ураганов.
Почему важно изучать ветра?
Помимо того, что информация о скорости ветра включена в прогноз погоды, который учитывает каждый житель планеты в своей жизни, движение воздуха играет большую роль в ряде природных процессов.
Так, он является носителем пыльцы растений и участвует в распространении их семян. Кроме того, ветер - это один из основных источников эрозии. Его разрушающий эффект сильнее всего проявляется в пустынях, когда в течение суток рельеф местности меняется кардинальным образом.
Не следует также забывать, что ветер - это энергия, которую люди используют в хозяйственной деятельности. По общим оценкам, ветровая энергия составляет около 2% от всей солнечной энергии, падающей на нашу планету.
Шкала для определения скорости, силы и названия ветра (шкала Бофорта)
Различают сглаженную скорость за некоторый небольшой промежуток времени имгновенную , скорость в данный момент времени. Скорость измеряют анемометром, с помощью доски Вильда.
Наибольшая средняя годовая скорость ветра (22 м/сек) наблюдалась на побережье Антарктиды. Средняя суточная скорость, там доходит иногда до 44 м/сек, а в отдельные моменты достигает 90 м/сек.
Скорость ветра имеет суточный ход . Он близок к суточному ходу температуры. Максимальная скорость в приземном слое (100 м – летом, 50 м – зимой) наблюдается в 13-14 часов, минимальная скорость – в ночные часы. В более высоких слоях атмосферы суточный ход скорости обратный. Это объясняется изменением интенсивности вертикального обмена в атмосфере в течение суток. Днем интенсивный вертикальный обмен затрудняет горизонтальное перемещение воздушных масс. Ночью этого препятствия нет и Вм перемещаются по направлению барического градиента.
Скорость ветра зависит от разницы давления и прямо пропорциональна ей: чем больше разность давления (горизонтальный барический градиент), тем больше скорость ветра. Средняя многолетняя скорость ветра у земной поверхности 4-9 м/с, редко более 15 м/с. В штормах и ураганах (умеренных широт) - до 30 м/с, в порывах до 60 м/с. В тропических ураганах скорости ветра доходят до 65 м/с, а в порывах могут достигать 120 м/с.
Приборы, при помощи которых измеряется скорость ветра, называют анемометрами. Большинство анемометров построено по принципу ветряной мельницы. Так, например, анемометр Фусса имеет вверху четыре полушария (чашки), обращенные в одну сторону (рис. 75).
Эта система полушарий вращается около вертикальной оси, причем количество оборотов отмечается счетчиком. Прибор выставляется на ветер, и, когда «мельница из полушарий» приобретает более или менее постоянную скорость, включается счетчик на точно определенное время. По табличке, на которой указано количество оборотов для каждой скорости ветра, и по количеству найденных оборотов определяется скорость. Существуют более сложные приборы, которые имеют приспособление для автоматической записи направления и скорости ветра. Применяются также и простые приборы, по которым одновременно можно определить направление и силу ветра. Примером такого прибора может служить распространенный на всех метеорологических станциях флюгер Вильда.
Направление ветра определяется той стороной горизонта, с которой дует ветер. Для его обозначения применяется восемь основных направлений (румбов): С, СЗ, З, ЮЗ, Ю, ЮВ, В, СВ. Направление зависит от распределения давления и от отклоняющего действия вращения Земли.
Роза ветров. Ветры подобно другим явлениям в жизни атмосферы подвержены сильным изменениям. Поэтому и здесь приходится находить средние величины.
Для определения господствующих направлений ветров за тот или другой период времени поступают следующим образом. Проводят из какой-нибудь точки восемь главных направлений, или румбов, и на каждом по определенному масштабу откладывают повторяемость ветров. На полученном изображении, известном под названием розы ветров, ясно видны господствующие ветры (рис. 76).
Сила ветра зависит от его скорости и показывает, какое динамическое давление оказывает воздушный поток на какую-либо поверхность. Сила ветра измеряется в килограммах на квадратный метр (кг/м2).
Структура ветра. Ветер нельзя представить себе однородным воздушным течением, имеющим одинаковое направление и одинаковую скорость во всей своей массе. Наблюдения показывают, что ветер дует порывисто, как бы отдельными толчками, порой стихает, потом снова приобретает прежнюю скорость. При этом направление ветра тоже подвержено изменениям. Наблюдения, производимые в более высоких слоях воздуха, показывают, что порывистость с высотой уменьшается. Замечено также, что в различные времена года и даже в различные часы дня порывистость ветра неодинакова. Наибольшая порывистость наблюдается весной. В течение суток наибольшее ослабление ветра - ночью. Порывистость ветра зависит от характера земной поверхности: чем больше неровностей, тем больше порывистость и наоборот.
Причины ветров. Воздух остаётся в покое до тех пор, пока давление в данном участке атмосферы распределяется более или менее равномерно. Но стоит давлению в каком-либо участке увеличиться или уменьшиться, как воздух потечёт от места большего давления в сторону меньшего. Начавшееся перемещение масс воздуха будет продолжаться до тех пор, пока разность давлений не выравнится и не установится равновесие.
Устойчивого равновесия в атмосфере почти никогда не наблюдается, поэтому и ветры относятся к наиболее часто повторяющимся явлениям в природе.
Причин, нарушающих равновесие атмосферы, очень много. Но одной из первых причин, порождающей разность давлений, является различие температур. Разберём простейший случай.
Перед нами поверхность моря и прибрежная часть суши. Днём поверхность суши нагревается быстрее поверхности моря. Благодаря этому нижний слой воздуха над сушей расширяется больше, чем над морем (рис. 77, I). В результате вверху сейчас же создается воздушное течение от более теплой области к более холодной (рис. 77, II).
Ввиду того, что часть воздуха из теплой области перетекла (вверху) в сторону холодной, давление в пределах холодной области увеличится, а в пределах теплой области уменьшится. В результате возникает воздушное течение теперь уже в нижнем слое атмосферы от холодной области к теплой (в нашем случае от моря к суше) (рис. 77, III).
Подобные воздушные течения обычно возникают на морском побережье или по берегам больших озер и носят название бризов. В приведенном нами примере - бриз дневной. Ночью картина совершенно обратная, ибо поверхность суши, остывая быстрее поверхности моря, становится холоднее. В результате в верхних слоях атмосферы воздух будет течь в сторону суши, а в нижних слоях в сторону моря (ночной бриз).
Подъем воздуха с теплой области и опускание в холодной объединяет верхнее и нижнее течение и создает замкнутую циркуляцию (рис. 78). В этих замкнутых круговоротах вертикальные части пути обыкновенно очень малы, горизонтальные же, наоборот, могут достигать огромных размеров.
Причины различной скорости ветров. Само собой понятно, что скорость ветра должна зависеть от градиента давления (т. е. определяться прежде всего разницей в давлениях на единицу расстояния). Если бы, кроме силы, обусловленной градиентом, никаких других сил на массу воздуха не действовало, то воздух двигался бы равномерно-ускоренно. Однако этого не получается, потому что существует немало причин, которые замедляют движение воздуха. Сюда в первую очередь относится трение.
Различают трение двух видов: 1) трение приземного слоя воздуха о земную поверхность и 2) трение, возникающее внутри самого движущегося воздуха.
Первое находится в прямой зависимости от характера поверхности. Так, например, водная поверхность и равнинная степь создают наименьшее трение. При этих условиях скорость ветра всегда значительно возрастает. Поверхность же, имеющая неровности, создает большие препятствия движущемуся воздуху, что приводит к уменьшению скорости ветра. Особенно сильно понижают скорость ветра городские постройки и лесные насаждения (рис. 79).
Наблюдения, произведенные в лесу, показали, что уже в 50 м от опушки скорость ветра уменьшается до 60-70% первоначальной скорости, в 100 м до 7%, в 200 м до 2-3%.
Трение, которое возникает между соседними слоями движущихся масс воздуха, называют внутренним трением. Внутреннее трение обусловливает передачу движения от одного слоя к другому. Приземный слой воздуха в результате трения о земную поверхность имеет наиболее замедленнее движение. Выше лежащий слой, соприкасаясь с движущимся нижним слоем, также замедляет свое движение, но уже в гораздо меньшей степени. Еще меньшее воздействие испытывает следующий слой и т. д. В результате скорость движения воздуха с высотой постепенно возрастает.
Направление ветров. Если главнейшей причиной ветра является разница в давлениях, то ветер должен дуть из области большего давления в область меньшего давления в направлении, перпендикулярном изобарам. Однако этого не происходит. В действительности (как это установлено наблюдениями) ветер дует главным образом вдоль изобар и только слегка отклоняется в сторону низкого давления. Это происходит вследствие отклоняющего действия вращения Земли. В свое время мы уже говорили, что всякое движущееся тело под влиянием вращения Земли отклоняется от своего первоначального пути в северном полушарии вправо, а в южном влево. Говорили также и о том, что отклоняющаяся сила по направлению от экватора к полюсам возрастает. Совершенно понятно, что движение воздуха, возникшее в силу разности давлений, сразу же начинает испытывать на себе влияние этой отклоняющей силы. Сама по себе эта сила невелика. Но благодаря непрерывности ее действия в конце концов эффект получается очень большой. Если бы не было трения и других влияний, то в результате непрерывно действующего отклонения ветер мог бы описать замкнутую кривую, близкую к окружности. На самом деле благодаря влиянию различных причин подобного отклонения не получается, но тем не менее оно все же весьма значительно. Достаточно указать хотя бы на пассаты, направление которых, при неподвижном состоянии Земли, должно бы совпадать с направлением меридиана. Между тем их направление в северном полушарии северо-восточное, в южном - юго-восточное, а в умеренных широтах, где сила отклонения еще больше, ветер, дующий с юга на север, приобретает западно-юго-западное направление (в северном полушарии).
Главнейшие системы ветров. Ветры, наблюдаемые на земной поверхности, очень разнообразны. В зависимости от причин, порождающих это разнообразие, мы разделим их на три большие группы. К первой группе отнесем ветры, причины которых зависят главным образом от местных условий, ко второй - ветры, обусловленные общей циркуляцией атмосферы, и к третьей - ветры циклонов и антициклонов. Начнем наше рассмотрение с наиболее простых ветров, причины которых зависят преимущественно от местных условий. Сюда мы относим бризы, различные горные, долинные, степные и пустынные ветры, а также и муссонные ветры, которые уже зависят не только от местных причин, но и от общей циркуляции атмосферы.
Ветры чрезвычайно разнообразны по происхождению, характеру и значению. Так, в умеренных широтах, где господствует западный перенос, преобладают ветры западных направлений (СЗ, З, ЮЗ). Эти области занимают обширные пространства - примерно от 30 до 60° в каждом полушарии. В полярных областях ветры дуют от полюсов к зонам пониженного давления умеренных широт. В этих областях преобладают северо-восточные ветры в Арктике и юго-восточные в Антарктике. При этом юго-восточные ветры Антарктики, в отличие от Арктических, более устойчивые и имеют большие скорости.